Microsofts nul-vandkøling: Lektioner for datacentre
Microsofts nye vandfri kølesystem kan spare 33 millioner gallon vand pr. datacenter årligt.
Munters og ZutaCore vandfri direkte-til-chip datacenterkøling
Værdioversigt:
Microsoft har udviklet en nul-vand kølesystem der eliminerer vandfordampning ved at bruge køling på chipniveau og lukket kredsløbsteknologi. Denne tilgang sparer vand, forbedrer energieffektiviteten og reducerer miljøbelastningen – især i vandknappe regioner som Arizona. Microsoft sigter mod at gøre dette til standardkølingsmetode på tværs af alle sine datacentre.
Vigtigste fordele:
- VandbesparelseSparer 33 millioner gallon vand pr. anlæg hvert år.
- EnergieffektivitetReducerer strømforbruget med 15-20% i løbet af et datacenters levetid.
- MiljøpåvirkningLetter presset på vandressourcerne og reducerer drivhusgasemissionerne med op til 21%.
- ImplementeringFokuseret på nye faciliteter for at afbalancere startomkostninger med langsigtede besparelser.
Hurtig sammenligning:
| Afkølingsmetode | Vandforbrug | Energieffektivitet | Miljøpåvirkning | Implementeringsomkostninger |
|---|---|---|---|---|
| Nul-vandkøling | Tæt på nul | Høj | Minimal påvirkning af vandet | Høj |
| Fordampningskøling | Høj (0,48 gal/kWh) | Moderat | Siver lokalt vand | Moderat |
| Lukket kredsløbskøling | Lav (indledende påfyldning) | Konsekvent | Reducerer kemikalieforbruget | Højere på forhånd |
Bro:
Microsofts vandfri kølesystem sætter en ny standard for bæredygtig datacenterdrift, men hvordan klarer det sig i forhold til andre kølemetoder? Lad os dykke dybere ned i detaljerne.
1. Microsofts vandfri køling
Microsoft har introduceret en banebrydende køleteknologi til sine datacentre kaldet nul-vandkøling. Dette system bruger et lukket kredsløbsdesign, der kontinuerligt genbruger vand uden fordampning. Ved at kombinere køling på chipniveau med avancerede væskekølingsmetoder holder det serverne ved den rette temperatur, samtidig med at vandspild elimineres fuldstændigt.
Microsoft tester i øjeblikket dette system på nye byggepladser i Phoenix, Arizona og Mount Pleasant, Wisconsin, med forventet driftstart i 2026. Ved udgangen af 2027 planlægger virksomheden at gøre nul vandfordampning til standardkølemetoden på tværs af sine datacentre. Nedenfor vil vi undersøge dens indvirkning på vandforbrug, energieffektivitet, miljømæssige fordele og implementeringsomkostninger.
Vandforbrug
Kølesystemet uden vand får sit navn ved helt at fjerne behovet for vandfordampning. Når systemet er fyldt under konstruktionen, cirkulerer det samme vand på ubestemt tid mellem serverne og kølerne uden behov for udskiftning.
Dette design har en enorm indflydelse på vandbesparelse. Hvert datacenter, der bruger dette system, forventes at spare 33 millioner gallon vand årligt – den samme mængde, som Microsofts datacentre i øjeblikket forbruger pr. anlæg på et år. Denne teknologi kan i bund og grund eliminere vandforbruget til køleformål helt.
Energieffektivitet
Udover at spare vand forbedrer Microsofts system energieffektiviteten ved at give datacentre mulighed for at operere ved højere temperaturerDette gør det muligt at bruge mere energieffektive køleanlæg, hvilket reducerer det samlede strømforbrug.
Skift fra traditionel luftkøling til væskekølingsmetoder som kolde plader kan reducere energiforbruget med 15 til 20 procent i løbet af et datacenters levetid. Derudover kan udledningen af drivhusgasser falde med 15 til 21 procent, alt imens man opretholder en ensartet køleydelse.
Microsoft eksperimenterer også med højeffektive økonomiserende køleanlæg der fungerer ved forhøjede vandtemperaturer. Disse avancerede køleanlæg hjælper med at modvirke eventuelle stigninger i strømforbrugseffektiviteten (PUE), der kan opstå, når man går væk fra fordampningskølesystemer.
Miljøpåvirkning
De miljømæssige fordele ved nul-vandkøling går ud over at spare vand og energi. Denne teknologi imødekommer bekymringer om den belastning, datacentre lægger på lokale vandforsyninger, især i områder som Arizona, hvor vandressourcerne allerede er begrænsede.
"Beskyttelse af lokale vandskelområder er en vigtig del af vores datafællesskabsløfte, og vi er forpligtet til at have en positiv indflydelse på de lokalsamfund, hvor vi opererer", siger Steve Solomon.
Omfanget af disse fordele bliver tydeligt, når man tænker på, at et enkelt hyperskala-datacenter, der bruger traditionelle kølemetoder, kan forbruge op til 396.000 gallon vand dagligtVed at eliminere dette behov letter Microsofts system presset på de lokale vandforsyninger betydeligt. Sammenlignet med luftkølesystemer kan det reducere det samlede vandforbrug med 31 til 52 procent, hvilket gør det banebrydende for regioner, der står over for vandmangel.
Implementeringsomkostninger
Microsoft har ikke delt de præcise omkostninger for implementeringen af sit vandfri kølesystem, men det er tydeligt, at teknologien kræver en betydelig investering på forhånd. Nøglekomponenter som køleinfrastruktur på chipniveau og lukkede kredsløbssystemer øger kompleksiteten og omkostningerne. Systemet involverer direkte væskekøling på processorniveau og indviklede vandcirkulationsmekanismer, som kræver præcis konstruktion.
Udfordringerne omfatter at sikre pålidelig køling på chipniveau, håndtere potentielle risici for serverhardware fra flydende systemer og imødekomme energibehovet i selve køleinfrastrukturen. De langsigtede besparelser fra reduceret vandforbrug og forbedret energieffektivitet kan dog hjælpe med at udligne disse indledende omkostninger.
For at holde udgifterne håndterbare fokuserer Microsoft på at integrere nul-vandkøling i nybyggede datacentre i stedet for at eftermontere eksisterende. Ved at designe faciliteter med dette system fra starten kan virksomheden bedre kontrollere omkostningerne, samtidig med at bæredygtighed prioriteres for fremtidig drift. Denne tilgang understreger vigtigheden af at afbalancere forudgående investeringer med langsigtede besparelser og miljømæssige fordele, når man planlægger moderne køleløsninger til datacentre.
2. Standard fordampningskøling
Standard fordampningskøling fungerer ved at sænke vandtemperaturen gennem fordampning inde i køletårne. Sådan fungerer det: opvarmet vand sprøjtes over fyldmateriale, mens ventilatorer trækker luft gennem systemet. Denne proces får noget af vandet til at fordampe, hvilket køler det resterende vand ned, som derefter recirkuleres.
"Fordampningskøletårne udnytter den naturlige kraft fra fordampningskøling til at reducere temperaturen på vand, der anvendes i industrielle processer og i kommercielle HVAC-komfortkølesystemer."
Vandforbrug
En af de største udfordringer med standard fordampningskøling er dens høje vandforbrug, hvilket kan belaste lokale vandressourcer. Hyperskala datacentre kan for eksempel bruge så meget som 1,5 millioner liter vand dagligt. Selv mindre engrosanlæg kan forbruge omkring 18.000 gallon (68.100 liter) hver dag.
Da denne kølemetode er afhængig af fordampningsprocessen for at fjerne varme, skal vand kontinuerligt genopfyldes for at holde systemet kørende effektivt. Denne konstante efterspørgsel bliver endnu mere problematisk i tørre områder, såsom Arizona, hvor virksomheder som Microsoft udforsker alternativer uden vand.
Energieffektivitet
Selvom det bruger meget vand, er standard fordampningskøling yderst energieffektiv sammenlignet med luftkølingssystemer. Denne metode kan afvise den samme mængde varme, samtidig med at den bruger meget mindre strøm. For eksempel kan indirekte fordampningskølingssystemer (IEC) spare op til 28% af den energi, der bruges af frikølingssystemer, og op til 52% sammenlignet med luftkøling. Om sommeren kan disse systemer reducere omgivelsestemperaturerne med 6-8°C, hvilket gør dem særligt effektive i varme klimaer.
Denne effektivitet skyldes i høj grad vands bedre evne til at overføre varme sammenlignet med luft. I fugtige miljøer kan direkte fordampningskøling dog hæve den relative luftfugtighed til omkring 80%. Denne stigning i fugtighed kan føre til nedbrydning af udstyr og skabe forhold, der fremmer vækst af mikroorganismer, hvilket udgør yderligere udfordringer.
Miljøpåvirkning
Standard fordampningskøling er en afvejning mellem energibesparelser og vandforbrug. På den ene side bruger den mindre elektricitet end luftkølesystemer, hvilket kan reducere udledningen af drivhusgasser, især i områder, der er afhængige af fossile brændstoffer til elproduktion. På den anden side lægger det betydelige vandtab gennem fordampning en belastning på de lokale vandforsyninger, især i vandknappe områder. I sådanne områder kan datacentre konkurrere med bolig- og landbrugsbehov om denne begrænsede ressource. Når vandet fordamper, fjernes det permanent fra det lokale vandskel, hvilket forværrer miljøproblemerne.
Implementeringsomkostninger
Fra et omkostningsperspektiv er standard fordampningskølesystemer relativt overkommelige sammenlignet med mere avancerede køleteknologier. De er afhængige af velkendte komponenter som køletårne, pumper, ventilatorer og distributionssystemer, som er bredt tilgængelige og velkendte for teknikere. Denne omkostningseffektivitet har gjort dem til et populært valg for mange datacenteroperatører. For eksempel bruger Equinix – en af de største datacenteroperatører globalt – fra 2023 fordampningskøling i 40% af sine faciliteter. Denne udbredte anvendelse fremhæver balancen mellem rimelige implementeringsomkostninger og pålidelig køleydelse.
Det næste afsnit vil dykke ned i lukkede kølesystemer for at give en klarere sammenligning.
sbb-itb-59e1987
3. Lukkede kølesystemer
Lukkede kølesystemer skaber en balance mellem traditionelle fordampningskølingsmetoder og Microsofts innovationer inden for nul-vandkøling. Disse systemer fungerer ved kontinuerligt at cirkulere en fast mængde væske i en lukket løkke. Væsken absorberer varme fra servere og udstyr og frigiver den derefter gennem eksterne radiatorer eller varmevekslere. I modsætning til fordampningskøling holder lukkede systemer vandet indesluttet, hvilket eliminerer fordampning, afdrift og udblæsning.
I august 2024 tog Microsoft dette koncept et skridt videre ved at introducere datacentre, der er specielt designet til AI-arbejdsbelastninger, med kølesystemer uden vandfordampning.
Vandforbrug
En af de mest bemærkelsesværdige egenskaber ved lukkede kredsløbssystemer er deres evne til at spare vand. I modsætning til fordampningssystemer, der kræver en konstant vandforsyning, behøver lukkede kredsløbsdesign kun en indledende påfyldning under opsætningen. Ved at holde vandet inde i systemet reducerer disse designs vandforbruget dramatisk. Microsofts datacentre fremhæver denne effektivitet og opnåede en vandforbrugseffektivitet (WUE) på 0,30 l/kWh i det sidste regnskabsår. Dette repræsenterer en forbedring på 39% sammenlignet med de 0,49 l/kWh, der blev rapporteret i 2021, og en imponerende forbedring på 80% siden deres tidligste datacentermodeller.
Energieffektivitet
Lukkede kredsløbssystemer sparer ikke kun vand; de strømliner også energiforbruget. Ved at reducere pumpebelastningen og holde varmeoverføringsfladerne rene sikrer disse systemer ensartet energieffektivitet. De kræver mindre energi til pumpning og opretholder effektiv varmeoverførsel over tid, hvilket gør dem til et pålideligt valg til forudsigeligt energiforbrug.
Der er dog nogle kompromiser. Selvom tørkølesystemer eliminerer vandforbruget fuldstændigt, har de en tendens til at forbruge mere energi. Microsofts løsning på denne udfordring inkluderer højeffektive kølere og køling på chipniveau, som hjælper med at håndtere potentielle stigninger i strømforbrugseffektiviteten (PUE).
Implementeringsomkostninger
Startomkostningerne ved lukkede systemer er højere end ved traditionelle fordampningskølesystemer, hovedsageligt på grund af behovet for specialiserede varmevekslere og pumper. Disse omkostninger opvejes dog af langsigtede driftsbesparelser. Vedligeholdelsesomkostningerne er lavere, og systemerne tilbyder fleksibilitet i installationen. For eksempel kan varmeafledningsudstyr placeres mere frit rundt om anlægget uden behov for hydraulisk afbalancering. Denne fleksibilitet og reducerede vedligeholdelse bidrager til systemets langsigtede driftsmæssige fordele.
Miljøpåvirkning
De miljømæssige fordele ved lukket kredsløbskøling går langt ud over vandbesparelse. Væskekølesystemer, herunder lukkede kredsløbsdesign, har potentiale til at reducere drivhusgasemissionerne med 15% til 82%, afhængigt af hvordan de implementeres. Ved at forhindre vandfordampning letter disse systemer forbruget af lokale vandforsyninger. Derudover reducerer de behovet for kemiske behandlinger, hvilket mindsker de miljømæssige risici forbundet med kemikaliebortskaffelse og -håndtering. Selvom disse fordele er betydelige, er omhyggelig planlægning afgørende. Faktorer som den kemiske sammensætning af kølevæsker, bortskaffelsesmetoder og overholdelse af lovgivningen skal evalueres grundigt for fuldt ud at udnytte de miljømæssige fordele ved disse systemer.
Fordele og ulemper
Lad os dykke ned i, hvordan de forskellige kølemetoder står sig i forhold til fordele og udfordringer. Hver tilgang har sine egne afvejninger, der påvirker driftseffektivitet, miljøhensyn og budgetprioriteter.
Microsofts nul-vandkøling skiller sig ud ved at eliminere ferskvandsforbruget gennem køling på chipniveau. Denne metode er banebrydende for at håndtere vandmangel, især da nogle datacentre forbruger millioner af liter dagligt. Ulempen ligger dog i de høje startomkostninger og behovet for betydelige infrastrukturopgraderinger. Derudover afhænger systemets energieffektivitet i høj grad af strømkilden, og kompleksiteten af køling på chipniveau kan føre til højere vedligeholdelseskrav og potentiel nedetid.
Standard fordampningskøling har længe været et pålideligt og omkostningseffektivt valg. Disse systemer bruger 60-75% mindre elektricitet sammenlignet med traditionelle kølemiddelbaserede klimaanlæg. Men der er en ulempe: de forbruger omkring 0,48 gallon vand pr. kilowatt-time, hvor 30-40% går tabt gennem fordampning. I fugtige klimaer falder deres effektivitet, og de kan belaste lokale vandressourcer, samtidig med at de potentielt introducerer forurenende stoffer i miljøet.
Lukkede kølesystemer tilbyder en mellemvej, hvor vandbesparelse prioriteres uden at gå på kompromis med pålideligheden. Når disse systemer er fyldt, undgår de løbende vandtab og opretholder ensartet energieffektivitet takket være rene varmeoverførselsflader. De har også lavere vedligeholdelsesomkostninger sammenlignet med fordampningssystemer. Den indledende investering i specialudstyr kan dog være høj, og forkert optimering kan føre til øget energiforbrug.
Det er værd at bemærke, at vand er en utrolig effektiv varmeleder – op til 1.000 gange mere effektiv end luft – hvilket gør væskebaserede kølesystemer særligt attraktive i visse scenarier.
| Afkølingsmetode | Vandforbrug | Energieffektivitet | Implementeringsomkostninger | Miljøpåvirkning |
|---|---|---|---|---|
| Microsofts Zero-Water-løsning | Næsten nul vandforbrugseffektivitet (WUE) | Høj (afhænger af energikilden) | Høj (køling på chipniveau kræves) | Minimal påvirkning af lokale vandskelområder |
| Standard fordampning | Høj (ca. 0,48 gal/kWh) | 60–75% mindre energi end traditionel AC | Moderat initial investering | Kan belaste lokale vandressourcer |
| Lukket sløjfe | Lav (kun indledende påfyldning) | Konsekvent, forudsigelig ydeevne | Højere forudbetaling, mindre vedligeholdelse | Reduceret afhængighed af kemiske behandlinger |
Valg af det rigtige kølesystem afhænger af flere faktorer, herunder placering, vandtilgængelighed, energiomkostninger og lovgivningsmæssige krav. For eksempel kan datacentre i tørkeramte områder hælde mod nul-vand eller lukkede kredsløbssystemer, mens faciliteter i vandrige områder med lavere energiomkostninger kan foretrække fordampningskøling.
Da det amerikanske marked for datacenterkøling forventes at nå 1,4-3,5 milliarder pund i 2025, bliver disse beslutninger vigtigere end nogensinde. Hostingudbydere som Serverion skal omhyggeligt evaluere disse køleteknologier for at finde den rette balance mellem ydeevne, omkostninger og miljøansvar – især når man administrerer et globalt netværk af faciliteter.
Konklusion
Microsofts teknologi til nul vandkøling markerer et stort skridt fremad for datacenterindustrien. Ved at håndtere vandfordampning gennem køleløsninger på chipniveau har Microsoft vist, at det er muligt at opnå næsten nul vandforbrugseffektivitet (WUE), samtidig med at driften forbliver effektiv. De kommende pilotprojekter i Phoenix og Mt. Pleasant, der er planlagt til 2026, vil sætte denne innovative tilgang på prøve.
Resultaterne indtil videre er svære at ignorere. En reduktion af WUE fra 0,49 L/kWh i 2021 til 0,30 L/kWh – et fald på 39% – svarer til en besparelse på 125 millioner liter vand pr. anlæg hvert år. Disse tal understreger, at vandbesparelse i stor skala ikke behøver at gå på bekostning af ydeevne. Disse fremskridt sætter et stærkt eksempel på bæredygtig praksis i datacenterdrift.
For datacentre, der gentænker deres kølestrategier, afhænger det bedste valg i høj grad af lokale behov og forholdI vandknappe områder som Arizona kan nul-vand- eller lukkede kredsløbssystemer være banebrydende, især når et enkelt hyperskala datacenter kan bruge op til 1,5 millioner liter vand dagligt. På den anden side kan traditionel fordampningskøling stadig give mening i regioner med rigelige vandressourcer, selvom branchens bredere fokus tydeligvis skifter mod bevaring.
Efterhånden som presset på for vandeffektivitet vokser, er det tydeligt, at dette skal blive en central designprioritet. Udbydere som Serverion skal afveje ydeevne, omkostninger og miljøpåvirkning, mens de skræddersyr kølesystemer til lokale vandforhold og forbereder sig på fremtidige regler.
Branchen står ved en skillevej, hvor den kan imødekomme den stigende efterspørgsel efter computerkraft – især til AI-arbejdsbyrder – uden at udtømme vitale vandressourcer. Det virkelige spørgsmål er ikke, om vandbesparende kølesystemer vil blive normen, men hvor hurtigt de vil blive taget i brug for at beskytte de lokalsamfund, der er afhængige af disse ressourcer.
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er de omkostningsbesparende fordele ved Microsofts vandfri kølesystem sammenlignet med traditionel fordampningskøling?
Microsofts vandfri kølesystem: En banebrydende faktor for datacentre
Microsofts vandfri kølesystem omformer den måde, datacentre håndterer køling på, og tilbyder et smartere og mere omkostningseffektivt alternativ til traditionelle metoder. Typiske datacentre er i høj grad afhængige af fordampningskøling, som kan forbruge op til 1,5 millioner liter vand dagligtDette øger ikke kun vandregningerne, men øger også driftsomkostningerne, især i områder, hvor vand er knappt og dyrt. Microsofts lukkede kredsløbssystem eliminerer behovet for ferskvand fuldstændigt, hvilket potentielt sparer millioner af gallon årligt pr. datacenter – en kæmpe gevinst for både budgetter og ressourcer.
Men fordelene rækker ud over blot at reducere omkostningerne. Dette innovative system øger effektiviteten ved at reducere afhængigheden af eksterne vandforsyninger, hvilket gør det mere robust og miljøvenligt. Det understøtter også Microsofts ambitiøse mål om at blive vandpositiv inden 2030, imødekommer lovgivningsmæssigt pres og omdømmeproblemer forbundet med overdreven vandforbrug. Ved at skifte til nul-vandkøling kan datacentre spare kritiske ressourcer, samtidig med at de sikrer, at de forbliver økonomisk bæredygtige på lang sigt.
Hvilke forhindringer kan Microsoft støde på, når de introducerer nul-vandkøling i sine eksisterende datacentre?
Udfordringer ved overgang til vandfri kølesystemer
Microsoft navigerer over adskillige forhindringer, mens de arbejder på at tilpasse deres datacentre til vandbaserede kølesystemer. En af de største udfordringer ligger i at modernisere den eksisterende infrastruktur. Overgangen fra traditionel vandbaseret køling til avancerede lukkede kredsløbssystemer på chipniveau kræver betydelige teknologiske opgraderinger. Disse opgraderinger kommer med høje priser og tager lang tid at implementere.
Et andet presserende problem er risikoen for overophedning, især med den stigende efterspørgsel efter arbejdsbelastninger med høj tæthed som AI. For at sikre, at disse nye kølesystemer fungerer pålideligt og effektivt, er grundig testning og løbende forbedring afgørende.
Derudover kan implementering af vandfri køling i regioner med begrænsede vandressourcer støde på lovgivningsmæssige barrierer eller endda modstand fra lokalsamfundene. Store datacentre ses nogle gange som en belastning af allerede knappe ressourcer, hvilket kan komplicere bestræbelserne på at opnå godkendelse eller samfundsstøtte.
Selv med disse forhindringer repræsenterer vandfri kølesystemer et meningsfuldt skridt mod mere bæredygtige datacenterløsninger, især i regioner, hvor vandbesparelse er en topprioritet.
Hvordan hjælper Microsofts vandfri kølesystem miljøet?
Microsoft har introduceret et vandfrit kølesystem, der er baseret på en lukket kredsløbsdesign, som recirkulerer vand i systemet. Denne opsætning forhindrer fordampning og eliminerer behovet for ferskvand, hvilket gør den utrolig effektiv. Faktisk forventes denne tilgang at spare ca. 125 millioner liter vand hvert år for hvert datacenter, der bruger systemet.
Udover vandbesparelse forbedrer systemet også energieffektivitet, som spiller en nøglerolle i at reducere datacentres CO2-aftryk. Ved at håndtere både vandforbrug og energiforbrug sætter Microsofts kølemetode en ny standard for miljøbevidst praksis i teknologiverdenen.
